Страница 12 из 14
Хотя большинство экспериментов в нашей лаборатории направлены на измерение потребления энергии при ходьбе или беге, первое, что мы попросим вас сделать, когда вы наденете маску, – минимум десять минут спокойно постоять или посидеть, чтобы мы могли измерить, сколько кислорода вы потребляете и сколько углекислого газа выдыхаете в состоянии покоя. Это важнейший этап эксперимента, поскольку для замеров затрат энергии при ходьбе или беге сначала следует вычесть количество энергии, расходуемое вами в состоянии физического бездействия. Используемая нами единица измерения – килокалория, ккал.
Если вы – среднестатистический взрослый мужчина с массой тела 82 кг, ваша норма расхода энергии, когда вы спокойно сидите на стуле, составляет примерно 70 ккал в час. Это ваш RMR (resting metabolic rate) – уровень метаболизма в покое. Такое название он получил, поскольку ваш метаболизм в состоянии покоя охватывает все химические реакции, протекающие в организме, когда вы находитесь в физическом покое. На основе вашего уровня метаболизма в покое можно высчитать, что, если вы просидите на стуле следующие сутки, не делая вообще ничего, ваш организм израсходует примерно 1700 ккал.
Это много. Даже в положении сидя вы не в состоянии полного покоя. Часть энергии расходуется на переваривание пищи, которую вы потребили накануне, регуляцию температуры тела, а также мышечные усилия, не позволяющие вашему телу сползти со стула на пол. Для вычисления поправки на вышеназванные энергозатраты мы могли бы измерить ваш расход энергии, когда вы в постели сразу после пробуждения от восьмичасового сна в темноте при температуре 21,1℃ и после двенадцатичасового воздержания от пищи. Этот показатель, называемый основным (или базальным) обменом и обозначаемый как BMR (basal metabolic rate), будет приблизительно на 10 % ниже, чем метаболизм в состоянии покоя (в нашем примере – 1530 ккал). Ваш основной обмен представляет собой количество энергии, необходимой для поддержания жизни в вашем организме, когда вы в близком к коме состоянии.
А что, если сопоставить количество энергии, расходуемой вами в состоянии покоя, с вашим общим энергетическим бюджетом? Для расчета их соотношения нужно измерить ваши суточные затраты энергии, DEE (daily energy expenditure), – общее количество калорий, расходуемых вами на протяжении суток, пока вы делаете все, что делаете, в том числе двигаетесь, читаете, чихаете, разговариваете и перевариваете пищу. До недавнего времени мы бы рассчитывали ваш DEE, замеряя, сколько кислорода вы потребляете в процессе выполнения таких действий, как сидение, прием пищи, ходьба и бег. Зная, сколько времени и сколько энергии вы расходуете, мы могли бы суммировать все это и выйти на приблизительную величину вашего DEE. Думаю, вас не удивит, что движимые любознательностью специалисты по биоэнергетике человека упорно следовали со своими кислородными масками за кем только можно, чтобы оценить, сколько энергии тратится на разнообразные действия: когда человек копает, шьет, разбирает постель, работает на автосборочном конвейере[51]. А некоторые исследователи даже пытались измерить, сколько энергии расходуется на мыслительный процесс[52]. Но такие методы чрезвычайно трудоемки, обременительны, неточны и трудновыполнимы, особенно в отдаленных уголках мира.
Выдохните: для измерения вашего DEE мы не станем день-деньской таскаться за вами с нашей маской. Возьмем для замеров вашу мочу. Точнее, сначала мы попросим вас выпить некоторое количество воды, но не простой, а очень дорогостоящей и безвредной, в которой содержится известное количество редких (тяжелых) атомов водорода и кислорода, а в следующие несколько дней будем собирать ваши образцы мочи. Пусть подобный фокус вызывает гадливость, но он практичен: измеряя, какими темпами снижается количество тяжелых атомов в вашей моче, мы можем рассчитать, какими темпами атомы водорода и кислорода выводятся из организма за счет потения, мочеиспускания и дыхания. Водород выводится из организма только в составе воды, а кислород – как в составе воды, так и в составе диоксида углерода (CO2), так что разница в концентрациях этих двух атомов в моче позволит точно рассчитать, сколько углекислоты производит организм при дыхании, а следовательно, сколько энергии расходует[53]. Данным методом уже измерен обмен веществ у тысяч людей, что позволило составить замечательно ценную базу данных по энергозатратам человека. Если масса вашего тела 82 кг, ваш DEE, вероятно, составляет порядка 2700 ккал в сутки. Это, в свою очередь, означает, что примерно две трети (63 %, если точнее) расходуемой вами за сутки энергии тратится на обмен веществ в состоянии покоя. Кто бы мог подумать, что покой настолько энергетически затратен?
Разберемся, действительно ли физическое ничегонеделание для охотников-собирателей, скажем хадза, так же энергозатратно, как для американцев и европейцев? По счастью, Герман Понцер и его коллеги, хвала их бесстрашию, не побоялись обследовать вышеописанными методами множество мужчин и женщин хадза. По их данным (а для этого потребовались вычисления), у хадза базальный обмен в энергетическом плане ничем не отличается от вашего или моего с учетом поправки на меньший рост и субтильность хадза по сравнению с нами. В среднем у мужчин хадза масса тела составляет около 51 кг и на базальный обмен расходуется порядка 1300 ккал; женщина хадза в среднем имеет массу тела 43 кг, а базальный обмен обходится ее организму примерно в 1060 ккал[54]. Поскольку жир представляет собой относительно инертную ткань и играет малую роль в обмене веществ, нам следует учитывать, что у хадза обоих полов содержание жировой ткани в организме где-то на 40 % ниже, чем у среднестатистического представителя западного мира[55]. Когда сделаешь поправку на разницу в габаритах, особенно четко видно, что взрослый человек ежесуточно затрачивает около 30 ккал на каждый килограмм безжировой массы тела просто для поддержания базовой жизнедеятельности организма – независимо от того, проводит ли он дни и ночи за компьютером в Нью-Йорке, производит обувь на фабрике в Китае, выращивает кукурузу в мексиканской сельской глубинке или добывает пропитание охотой и собирательством в Танзании. Более чем из двадцати триллионов килокалорий, ежедневно потребляемых людьми, наибольшая часть тратится на поддержание основных процессов жизнедеятельности в состоянии покоя.
В целом, если вы очень физически активны, возможно, вы тратите больше энергии на поддержание своего организма, чем на продуктивную деятельность. Понятно, что этот тезис на первый взгляд противоречит логике. Когда я сижу и пишу эти строки, далеко не очевидно, а со стороны так и вовсе не заметно, что все физиологические системы моего организма прилежно работают, чтобы поддерживать во мне жизнь плюс обеспечивать каждую минуту пятнадцать-двадцать неглубоких вздохов. Между тем мое сердце сокращается по шестьдесят раз в минуту, отправляя кровь во все уголки моего тела, кишечник переваривает недавно съеденную пищу, печень и почки фильтруют кровь, на руках-ногах растут ногти, мозг подбирает и подсказывает мне эти слова, заняты делом и прочие бесчисленные клеточки моего организма: они обновляются, устраняют повреждения, отбиваются от инфекций и отслеживают общее состояние моего организма.
Неужели эти физиологические функции действительно так энергозатратны? Нам и правда требуется столько энергии на ничегонеделание?
Знаю, как получить ответ на этот вопрос: провести стресс-тест и посмотреть, как организм отвечает на вызов в виде дефицита энергии. Такой стресс вы устраиваете ему, когда садитесь на диету и днями, неделями и месяцами потребляете меньше калорий, чем затрачиваете. Однако эффективные диеты, как правило, предполагают постепенность, способствуя медленному избавлению от лишнего веса за счет ежедневного сжигания небольшой лишней порции телесного жира. Более жесткий и потому ярче высвечивающий суть стресс-тест для вашего обмена веществ требует куда более экстремальной меры по сокращению потребляемой калорийности и называется голоданием. Вполне понятно, что неэтично и незаконно принуждать участников лабораторного эксперимента голодать, пусть даже во имя науки. Однако тщательно спланированные контролируемые эксперименты для изучения того, как влияет голодание на метаболизм человека, действительно проводились на людях. Их проделали ученые из Миннесоты в тяжелые месяцы Второй мировой войны.
51
Jones W. P. T., Schofield E. C. Human Energy Requirements: A Manual for Pla
52
Стесняюсь говорить, но за день интенсивного шевеления мозгами расходуется от 20 до 50 дополнительных килокалорий – примерно столько же, сколько вы получите, съев полдюжины орехов. См.: Messier C. Glucose improvement of memory: A review // European Journal of Pharmacology. 2004. Vol. 490. Pp. 33–57.
53
Подробнее опишу метод двойной меченой воды, или изотопный. Почти вся вода в природе имеет молекулу H2O, образована водородом, молекулярная масса 1 (1H, легкий изотоп водорода с одним протоном), и кислородом, молекулярная масса 16 (16O, содержит 8 протонов и 8 нейтронов). А можно изготовить безвредную разновидность воды на основе тяжелого водорода (2H, тяжелый изотоп, с дополнительным нейтроном) и тяжелого кислорода (18О, тяжелый изотоп с двумя дополнительными нейтронами). Независимо от того, какими изотопами H и O образована вода, водород и кислород выводятся из организма по-разному: в виде воды, при выделении пота, дыхании и мочеиспускании. А кислород выводится и тогда, когда мы выдыхаем диоксид углерода (CO2). Поскольку мы можем точно измерить концентрации в моче тяжелых изотопов водорода, 2H, и кислорода, 18O, разница в темпах (скоростях), с которыми 2H в сравнении с 18O сохраняется в моче на протяжении нескольких дней, позволяет рассчитать, сколько CO2 вы выдыхаете, и более-менее точно вычислить, сколько энергии вы тратите. Изотопный метод позволяет рассчитать безжировую (тощую) массу тела (БМТ), а также сколько воды поступает в ваш организм и сколько выводится.
54
Pontzer H. et al. Hunter-gatherer energetics and human obesity // PLOS ONE. 2012. Vol. 7. P. e40503. В статье приводятся оценочные показатели BMR, основного обмена, у хадза, а их RMR, метаболизм в состоянии покоя, вероятно, на 10 % выше: 1169 калорий для женщин и 1430 для мужчин.
55
В среднем у мужчин хадза содержание жировой ткани в организме составляет 13 %, а у женщин – 21 %, для западного мира этот показатель составляет 23 % у мужчин и 38 % у женщин. Там же.